JP6447225B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動用の電動機とこれに給電する発電機とが配された高電圧回路の電力を用いて、車両駆動用のバッテリを昇温させる車両の制御装置に関する。

車両に搭載される車両駆動用のバッテリの性能は、使用環境の温度に応じて変動する。例えば、バッテリ温度が低温であるときの充放電電力は、常温のときよりも低下する。そのため、バッテリのケース内には温度センサや電気ヒータが設けられ、バッテリ温度が所定範囲内となるように管理される。
一方、エンジン駆動の発電機による発電電力とバッテリの蓄電電力とを併用して電動機（車両駆動用モータ）を駆動するハイブリッド車両では、バッテリ温度の低温時に発電電力を電動機の駆動電力に宛がうことができる。そこで、発電機の発電電力を利用して車両を走行させつつ、バッテリを昇温させる技術が提案されている。
例えば、発電電力を電動機と電気ヒータとに供給して、バッテリを昇温させながら車両を走行させることが考えられる。あるいは、バッテリの充放電に伴って発生するジュール熱を利用して、バッテリを昇温させることも考えられる（特許文献１参照）。これらの手法を用いることで、車両の走行性を維持しつつバッテリを昇温させることができる。

特開2012-214142号公報

しかしながら、例えばバッテリが氷点下を大幅に下回る極低温環境では、バッテリの充放電特性が大きく低下し、特に充電操作による劣化が進行しやすい。そのため、バッテリが極度に冷えた状態で充放電を繰り返すと、電池寿命が短縮するおそれがある。また、車両の走行中は、たとえ発電機による発電を停止した状態であっても、電動機で生じる回生電力によってバッテリが充電されてしまうことが考えられる。したがって、車両を走行させつつ、バッテリが充電されないように電力の流れを制御することが望まれる。
一方、低温のバッテリを電気回路から電気的に切断することによって、充放電ができない状態を形成すれば、このようなバッテリの劣化は防止される。しかしこの場合、電気回路上からバッテリが切り離されることになるため、バッテリのバッファ効果（電力変動の抑制効果）を利用することができなくなり、車両の走行性が低下しうる。例えば、車両の加速時に電動機の目標出力が発電機の発電出力を上回ると、電力不足により加速度が小さくなる。同様に、車両の減速時に電動機の目標出力が発電機の発電出力を下回ると、電力が過剰な状態となり減速度が小さくなる。

また、電動機や発電機が配される高電圧回路上にヒータを接続し、このヒータに電力のバッファ機能を負担させることも考えられる。すなわち、ヒータでの消費電力を増減させることで、高電圧回路の電力変動を吸収させる手法である。この場合、ヒータをバッテリに内蔵させれば、バッテリの早期昇温を図りつつバッファ効果を利用することが可能となる。
しかしながら、ヒータの消費電力はヒータ自体の温度に応じて変動しうる。特に、温度が上昇するほど抵抗が増大する特性を持ったＰＴＣヒータを用いた場合には、ヒータ温度が上昇するに連れてヒータでの消費電力（すなわちヒータ出力）が減少し、ヒータで吸収できる電力変動幅が小さくなる。これにより、電気回路上の電動機，発電機，コンバータ，インバータ類が負荷変動の影響を直接的に被ることになり、動作不良を招くおそれがある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、バッテリ及び回路上に設けられる接続機器の保護性を向上させつつ、車両の走行性を確保した車両の制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）ここで開示する車両の制御装置は、車両駆動用の電動機とエンジンに駆動される発電機とを高電圧回路に配し、車両駆動用のバッテリを前記高電圧回路よりも低い電位の中電圧回路に配するとともに、前記高電圧回路と前記中電圧回路との間に変圧器を介装した車両の制御装置である。
本制御装置は、前記バッテリに内蔵され、前記高電圧回路の電力で作動し前記バッテリを昇温させるＰＴＣヒータと、前記バッテリに内蔵され、前記ＰＴＣヒータに冷却風を供給するファンとを備える。また、本制御装置は、前記ＰＴＣヒータの温度が第一所定温度以上である場合に、前記ファンを作動させる冷却風制御部を備える。
なお、前記変圧器は、前記高電圧回路と前記中電圧回路との間での昇圧，降圧を行うものであり、アップ・ダウンコンバータ（アップ・ダウンバータ）とも呼ばれる。
また、前記ＰＴＣヒータは、温度が上昇するほど抵抗が増大する特性〔ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性〕を持つ。

（２）前記冷却風を前記バッテリに内蔵された電池パックと前記ＰＴＣヒータとの間で循環させる第一通路と、前記第一通路から分岐形成され、前記電池パックを迂回して前記冷却風を循環させる第二通路と、を備えることが好ましい。この場合、前記第一通路と前記第二通路との分岐箇所に介装され、前記第一通路及び前記第二通路を開閉するバルブを備えることが好ましい。前記冷却風制御部は、前記ＰＴＣヒータの温度が第二所定温度以上である場合に、前記バルブの開度を調整して前記第二通路を循環する前記冷却風の流量を増大させることが好ましい。
つまり、前記冷却風制御部は、前記ＰＴＣヒータの温度が第二所定温度以上である場合に、前記第二通路を循環する前記冷却風の流量が増加する方向に前記バルブの開度を調整することが好ましい。なお、前記第二所定温度は、前記第一所定温度と同一温度であってもよいし、異なる温度であってもよい

（３）前記第二通路上に介装され、前記冷却風を冷却する熱交換器を備えることが好ましい。この場合、前記冷却風制御部は、前記ＰＴＣヒータの温度が第三所定温度以上である場合に、前記熱交換器を作動させることが好ましい。
なお、前記第三所定温度は、前記第一所定温度，前記第二所定温度と同一温度であってもよいし、異なる温度であってもよい。
（４）前記バッテリのケース外表面に冷却風を供給する車外ファンを備えることが好ましい。この場合、前記冷却風制御部は、前記車両の車速が所定車速未満である場合に、前記車外ファンを作動させることが好ましい。
なお、前記車速が所定車速未満であることを判定する代わりに、前記車両が停止状態であることを判定してもよい。前記停止状態は、前記電動機の出力や前記発電機の出力から判断することができる。

（５）前記第一所定温度は、前記ＰＴＣヒータの出力が前記高電圧回路における前記電動機及び前記発電機の出力差を相殺しうる大きさとなる温度であることが好ましい。例えば、前記出力差が-5〜+5[kW]の範囲で変化する場合には、前記ＰＴＣヒータの出力が少なくとも10[kW]以上となる温度を前記第一所定温度とすることが好ましい。
（６）前記ＰＴＣヒータと前記高電圧回路とを接続する回路上に介装され、前記高電圧回路の直流電流をパルス信号に変調して前記ＰＴＣヒータへと出力する変調器を備えることが好ましい。前記変調器の具体例としては、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で出力を制御するＰＷＭコントローラ，ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）方式で出力を制御するＰＡＭコントローラ，ＰＰＭ（Pulse Position Modulation）方式で出力を制御するＰＰＭコントローラなどを用いることができる。

開示の車両の制御装置によれば、バッテリへの充電を防止しつつ発電機で発生した電力で電動機及びＰＴＣヒータを駆動することができ、かつ、高電圧回路の電力バッファとしてヒータを活用することができる。さらに、ＰＴＣヒータの温度が高温になるとファンが作動するため、ヒータ出力の減少を抑えることができ、ＰＴＣヒータによる電力バッファを確保することができる。したがって、バッテリ及び接続機器の保護性を向上させつつ、車両の走行性を確保することができる。

実施形態の装置構成を模式的に示す図である。 （Ａ），（Ｂ）はバッテリの内部構造を示す模式図である。 ヒータの温度と出力との関係を示すグラフである。 低温時制御の手順を説明するためのフローチャートである。 ヒータ出力の制御手順を説明するためのフローチャートである。 ヒータ出力の制御手順を説明するためのフローチャートである。 ヒータ冷却制御の手順を説明するためのフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｅ）はヒータ冷却制御の内容を説明するためのグラフである。

図面を参照して、実施形態としての車両の制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．車両］
本実施形態の制御装置は、図１に示す車両１０に適用される。この車両１０はシリーズ式ハイブリッド自動車であり、パワートレーンにモータ１（電動機），ジェネレータ２（発電機）及びエンジン１１を搭載する。エンジン１１は、ジェネレータ２を駆動して発電させる原動機であり、必要に応じて、エンジン効率の高い回転数領域で運転を継続するように制御される。ジェネレータ２で生成される発電電力は、高電圧回路６を介してモータ１へと直接的に供給可能であり、アップ・ダウンバータ４（変圧器）を介して駆動用バッテリ３（バッテリ）へと充電可能でもある。

モータ１は、バッテリ３に蓄えられた充電電力やジェネレータ２で生成された発電電力を用いて車輪を駆動する電動機である。バッテリ３は、高電圧回路６よりも最大電圧が低い中電圧回路７に接続される。バッテリ３のバッテリケース内には、複数の電池セルをユニット化した電池パック２０とその温度（バッテリ温度）を検出するバッテリ温度センサ１５が設けられる。ここで取得されたバッテリ温度の情報は、後述する電子制御装置９に伝達される。

高電圧回路６には、ヒータ１６及びＰＷＭコントローラ１７（変調器）が介装される。ヒータ１６は、バッテリ３を昇温させるための抵抗を内蔵する加熱器であり、バッテリケースに内蔵される。本実施形態のヒータ１６は、温度が上昇するほど抵抗が増大する特性〔ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性〕を持つＰＴＣヒータである。また、ヒータ１６の発熱体の近傍には、ヒータ１６の温度Tを検出するヒータ温度センサ１９が設けられる。ここで取得されたヒータ温度Tの情報は、電子制御装置９に伝達される。

ＰＷＭコントローラ１７は、高電圧回路６の直流電流をパルス信号に変調してヒータ１６に出力するものである。ここでは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で変調されるパルス信号のパルス幅が調節されて、ヒータ１６側に出力される電流（電力）の大きさが自在に制御される。つまり、ヒータ１６を作動させるための電力は、高電圧回路６内の電力で賄われる。また、ＰＷＭコントローラ１７の作動状態（ヒータ１６の出力）は、電子制御装置９で制御される。

図１に示すように、バッテリ３のバッテリケース内には、ファン１８，熱交換器２１，バルブ２２が設けられ、バッテリ３の外側には、バッテリケースの外表面を冷却する車外ファン２３が設けられる。ファン１８は、ヒータ１６の発熱体に向けて冷却風を供給する送風機であり、ヒータ１６の近傍に配置される。熱交換器２１は、バッテリケース内の空気（ヒータ１６の冷却風）を冷却するための冷却装置である。バルブ２２は、バッテリケース内での冷却風の流れを制御する切換弁である。

バッテリ３の内部には、冷却風が循環する通路として二つの通路が設けられる。第一の通路は、冷却風を電池パック２０とヒータ１６との間で循環させる通路であり、第二の通路は、電池パック２０を迂回するように冷却風を循環させる通路である。ここで、前者を第一通路３１と呼び、後者を第二通路３２と呼ぶ。第二通路３２は、第一通路３１における電池パック２０の上流側で分岐し、電池パック２０の下流側で合流する形状に形成される。また、バルブ２２は、第一通路３１と第二通路３２との分岐箇所に配置され、第一通路３１へ流れる冷却風流量と第二通路３２へ流れる冷却風流量とを同時に調整する機能を持つ。

図２（Ａ）に黒矢印で示すように、バルブ２２が第二通路３２側を閉鎖した状態では、冷却風が電池パック２０とヒータ１６との間で循環する流路が形成される。一方、図２（Ｂ）に白抜き矢印で示すように、バルブ２２が第一通路３１側を閉鎖した状態では、冷却風が電池パック２０を迂回する流路が形成される。バルブ２２の開度は連続的に調整される。これにより、第一通路３１側の流量と第二通路３２側の流量との比率を任意に制御可能である。例えば、第一通路３１側の流量は0％から100％まで調整可能であり、これに対応するように、第二通路３２側の流量は100％から0％まで調整されるようになっている。また、熱交換器２１は、第二通路３２上に介装される。

中電圧回路７と高電圧回路６との間の変圧状態は、アップ・ダウンバータ４によって双方向に制御される。また、中電圧回路７上には、中電圧回路７の電力を降圧して低電圧回路８上の各種電装品（補機類）へと供給するダウンバータ５（降圧器）が介装される。上記の各種電装品として、図１に補機バッテリ１２，空調装置１３，電子制御装置９，その他の車載制御装置１４を例示する。また、車両１０の任意の位置には、車速Vを検出する車速センサ２４が設けられる。ここで検出された車速Vの情報も、電子制御装置９に伝達される。

上記の高電圧回路６，中電圧回路７，低電圧回路８に関して、各々の回路における最大電圧は高電圧回路６が最も高く、低電圧回路８が最も低い。高電圧回路６の電圧は、モータ１の駆動電圧やジェネレータ２の発電電圧に応じて変動し、例えば最大で600[V]前後まで上昇しうる。また、中電圧回路７の電圧は、バッテリ３の充放電電圧に応じて変動し、例えば200〜300[V]の範囲内で変動する。一方、低電圧回路８の電圧は、各種電装品の駆動に係る電圧であって、例えば11〜12[V]程度である。

本実施形態では、バッテリ温度が所定温度未満である場合に、バッテリ３への充電を防止しつつバッテリ３を昇温させ、かつ、車両１０の走行状態を維持する低温時制御が実施される。バッテリ３の充放電状態は、バッテリ電圧と中電圧回路７の電圧との大小関係によって決定される。例えば、ダウンバータ５の停止時にアップ・ダウンバータ４がバッテリ電圧よりも高圧の電力を高電圧回路６から中電圧回路７へと供給すれば、その電力がバッテリ３に充電される。一方、アップ・ダウンバータ４で生成される電圧がバッテリ電圧よりも低圧であれば、バッテリ３は充電されない。

また、ダウンバータ５の作動時であって、低電圧回路８上の各種電装品が負荷として作用する状態では、中電圧回路７側の電力が低電圧回路８側で消費される。このときバッテリ３が充電中であれば、低電圧回路８での消費電力とバッテリ３の充電電力とを加算したものが、高電圧回路６側から入力される電力に相当する。一方、バッテリ３が放電中であれば、低電圧回路８の消費電力は、高電圧回路６側から入力される電力とバッテリ３の放電電力とを加算したものに相当する。

したがって、低電圧回路８での消費電力に対して、高電圧回路６側から入力される電力を同一値に設定することで、バッテリ３が充電も放電もしない状態を維持することが可能となる。電子制御装置９は、このような特性を踏まえて、低温時制御におけるジェネレータ２での発電電力やアップ・ダウンバータ４から中電圧回路７に供給される電力を増減制御する。これにより、車両１０のパワートレーンにおける電力の供給状態は、車両１０の走行状態が維持された状態であって、バッテリ３が充電されない状態に制御される。

また、本実施形態では、ヒータ１６に電力のバッファ機能を負担させて、高電圧回路６における電力の過不足をヒータ１６で吸収させる制御が実施される。すなわち、ジェネレータ２で実際に生成された実発電電力と、モータ１で実際に消費された実モータ消費電力との出力差に基づいて、ヒータ１６で消費される電力（ヒータ出力）が制御される。ただし、ヒータ１６で消費される電力は、ヒータ１６自体の温度に応じて変動するため、ヒータ１６の過熱を抑制するためのヒータ冷却制御を併せて実施する。

ヒータ１６の最大出力P_MAXは、図３中に太実線で示すように、ヒータ温度Tが上昇するに連れて減少する。これは、ヒータ温度Tが上昇するほど抵抗が増大し、同一の電圧を与えたときにヒータ１６の発熱体を流れる電流が減少するからである。ここで、ヒータ１６の目標出力P_TGTを図３中に細実線で示せば、横軸と細実線との間の垂直距離が、ヒータ出力を減少させることで吸収しうる出力調整代に相当し、細実線と太実線との間の垂直距離が、ヒータ出力を増加させることで吸収しうる出力調整代に相当する。したがって、ヒータ温度Tがより低い状態でヒータ１６を作動させ続けることで、出力調整代の幅を大きくすることが可能となる。ヒータ冷却制御では、ヒータ温度Tが第一所定温度T₁未満の範囲に収まるように、ヒータ１６が冷却される。第一所定温度T₁は、ヒータ出力がジェネレータ２の実発電電力とモータ１の実モータ消費電力との出力差を相殺しうる大きさとなる温度である。

［２．電子制御装置］
電子制御装置９（制御装置）は、パワートレーン内の各種装置を総合的に制御するコンピュータであり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAMなどを集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスである。本実施形態では低温時制御及びヒータ冷却制御について説明する。低温時制御におけるおもな制御対象は、モータ１，ジェネレータ２，エンジン１１，アップ・ダウンバータ４，ダウンバータ５，ＰＷＭコントローラ１７であり、それぞれの作動状態はバッテリ温度センサ１５で取得されたバッテリ温度に応じて制御される。

低温時制御の開始条件は、バッテリ温度が所定温度未満であることである。バッテリ温度が所定温度以上である場合には、バッテリ３の充電電力やジェネレータ２での発電電力を併用しながら車両１０を走行させる通常の制御が実施され、ヒータ１６及びＰＷＭコントローラ１７は非作動とされる。一方、低温時制御では、ジェネレータ２での発電電力を利用して、低電圧回路８上の各種電装品を作動させつつ車両１０を走行させる制御が実施される。これに加えて、モータ１で実際に消費される実モータ消費電力とジェネレータ２で実際に発電される実発電電力との出力差を利用して、ヒータ１６及びＰＷＭコントローラ１７を作動させる制御が実施される。これらの低温時制御の実施中は、バッテリ３のバッファ効果を考慮して、バッテリ３が中電圧回路７から切断されていない状態が維持される。

電子制御装置９には、低温時制御を実施するための機能要素として、電動機制御部９Ａ，発電機制御部９Ｂ，変圧器制御部９Ｃ，降圧器制御部９Ｄ，ヒータ制御部９Ｅ，冷却風制御部９Ｆが設けられる。これらの要素は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

電動機制御部９Ａは、モータ１で消費される電力（消費電力，目標モータ出力）が、運転者の要求出力に対応する大きさとなるように、モータ１の作動状態を制御する機能を持つ。モータ出力の大きさは、例えばアクセルペダルの踏み込み量や車速V，路面勾配，外気温，外気圧などに基づいて算出，設定される。また、電動機制御部９Ａは、モータ１で実際に消費された実モータ消費電力を算出する機能を持つ。実モータ消費電力は、前回の演算周期で算出された要求出力やモータ１の実回転速度，実トルクなどに基づいて算出される。要求出力及び実モータ消費電力の算出，設定手法には、公知の各種手法を適用することができる。

発電機制御部９Ｂは、ジェネレータ２及びエンジン１１の作動状態を制御することで発電電力を増減させる機能を持つ。低温時制御下でのジェネレータ２での発電電力（ジェネレータ出力）の大きさは、少なくとも、モータ１の消費電力とアップ・ダウンバータ４が中電圧回路７側に供給する出力電力との加算値以上の値とされる。本実施例では、モータ１の消費電力とアップ・ダウンバータ出力との加算値が、発電電力の大きさとして設定される。これにより、低温時制御下でのモータ１は、ジェネレータ２の発電電力のみを用いて回転駆動されることになり、バッテリ３の電力の持ち出しが防止される。
また、発電機制御部９Ｂは、ジェネレータ２で実際に生成された実発電電力を算出する機能を持つ。実発電電力は、前回の演算周期で算出された発電電力やジェネレータ２の実回転速度，実トルク，エンジン１１の実回転速度，実トルクなどに基づいて算出される。発電電力及び実発電電力の算出手法には、公知の各種手法を適用することができる。

変圧器制御部９Ｃは、アップ・ダウンバータ４の作動状態を制御して、高電圧回路６側から中電圧回路７側に供給される出力電力（アップ・ダウンバータ出力，変圧器出力）の大きさを増減させる機能を持つ。低温時制御下におけるアップ・ダウンバータ４の出力電力の大きさは、基本的にはダウンバータ５が低電圧回路８側に供給する出力電力と同一値とされる。つまり、低温時制御下では、低電圧回路８側で消費される電力が中電圧回路７に供給されるように、アップ・ダウンバータ４の出力電力の大きさが制御される。これにより、中電圧回路７に接続されたバッテリ３は充放電がなされない状態となり、そのバッファ効果が獲得される。

また、変圧器制御部９Ｃは、低温時制御下で実発電電力が実モータ消費電力を下回る場合に、不足分の電力をバッテリ３から持ち出す機能を持つ。不足分の電力は、実モータ消費電力から実発電電力を減じることで求められる。また、ダウンバータ出力から不足分の電力を減じたものをアップ・ダウンバータ出力とすることで、バッテリ３から不足分の電力が持ち出される。このように、低電圧回路８側で消費される電力よりも若干少ない電力が中電圧回路７に供給されるように、アップ・ダウンバータ４の出力電力の大きさを制御することで、バッテリ３が微小放電状態となる。なお、実発電電力が実モータ消費電力を下回る場合であっても、不足分の電力を高電圧回路６内で賄うことができるときには（例えば、ヒータ１６の発熱電力がその直前まで大きかった場合には）、バッテリ３の放電は不要であり、アップ・ダウンバータ４の出力電力をダウンバータ５の出力電力に一致させてもよい。

降圧器制御部９Ｄは、中電圧回路７側から低電圧回路８側に供給される出力電力（ダウンバータ出力，降圧器出力）の大きさが各種電装品の要求出力に対応する大きさとなるように、ダウンバータ５の作動状態を制御する機能を持つ。各種電装品の要求出力は、その時点で作動している電装品の種類や、各電装品の作動状態などに基づいて算出，設定される。この要求出力の算出，設定手法に関しても、公知の各種手法を適用することができる。

ヒータ制御部９Ｅは、低温時制御下において、高電圧回路６からＰＷＭコントローラ１７を介してヒータ１６側に供給される電力（すなわち、ヒータ１６の発熱電力）を制御する機能を持つ。ここでは、ジェネレータ２で実際に生成された実発電電力と、モータ１で実際に消費された実モータ消費電力との出力差に基づいて、ヒータ１６で消費される電力が「発熱電力」として算出される。出力差に基づく発熱電力の算出手法として、二つの算出手法を説明する。

第一の手法は、実発電電力から実モータ消費電力を減じた電力を発熱電力とするものである。この手法は演算が容易であり制御構成を簡素化できる。しかし、実発電電力と実モータ消費電力とが一致するときには、ヒータ１６が通電されない。また、実発電電力が実モータ消費電力未満になったときには高電圧回路６の電力が不足することになり、バッテリ３から不足分の電力を持ち出すことになる。

第二の手法は、低温時制御中は常にヒータ１６で所定の基準電力を消費させておき、実モータ消費電力から発電電力を減じた電力と基準電力との加算値を、ヒータ１６での発熱電力として算出するものである。つまり、実モータ消費電力と発電電力との出力差の変動幅をカバーすべく、ヒータ１６の通電量を予め設定しておく。この場合、ジェネレータ２の実発電電力に対してモータ１の実モータ消費電力が相対的に小さい場合には、余剰の出力差が大きいほどヒータ１６の発熱電力を増大させればよい。反対に、ジェネレータ２の実発電電力に対してモータ１の実モータ消費電力が相対的に大きい場合には、不足の出力差が大きいほどヒータ１６の発熱電力を減少させればよい。

なお、第二の手法において、ヒータ１６の発熱電力がゼロを下回る場合には、不足する電力をバッテリ３からの持ち出し電力で補うこととしてもよい。つまり、モータ１の消費電力がジェネレータ２の発電電力を上回る場合には、不足分の電力をバッテリ３に負担させてもよい。バッテリ低温時には、たとえ僅かな電力であっても充電することは望ましくないが、放電に関しては、僅かな電力であれば許容される。このようなバッテリ特性を利用して、高電圧回路６の電圧変動を解消するための電力のみをバッテリ３に負担させることとしてもよい。

本実施形態のヒータ制御部９Ｅは、第二の手法に基づいてヒータ１６の出力を制御する。すなわち、ヒータ温度センサ１９で検出されたヒータ温度Tに基づいてヒータ１６の最大出力P_MAXを算出し、最大出力P_MAXに所定の係数を乗じたものをヒータ１６の目標出力P_TGTとして算出する。この目標出力P_TGTが上記の「所定の基準電力」となり、その情報がＰＷＭコントローラ１７に伝達される。また、実モータ消費電力と発電電力との出力差の情報も、ＰＷＭコントローラ１７に伝達される。ＰＷＭコントローラ１７では、目標出力P_TGTと出力差とに応じてパルス信号のパルス幅が調節され、出力変動が吸収，相殺される。

なお、最大出力P_MAXに乗算される係数の値は、任意に設定可能である。例えば、目標出力P_TGTを最大出力P_MAXの半分の値（中央値）に設定したい場合には、係数を0.5にすればよい。これにより、高電圧回路６で電力が過剰な場合であっても、あるいは不足した場合であっても、同じ出力調整代を確保することができ、ヒータ１６の容量を有効に活用できる。また、高電圧回路６における電力の過不足に偏りがあるような場合には、その偏りに適した値の係数を設定すればよい。

冷却風制御部９Ｆは、低温時制御下でヒータ温度Tが高温になった場合に、ヒータ冷却制御を実施するものである。ヒータ冷却制御では、ヒータ１６の抵抗を小さくすべく、発熱体が冷却される。ヒータ１６を冷却するための手段としては、ファン１８，熱交換器２１，バルブ２２，車外ファン２３などが使用される。ヒータ冷却制御の開始条件は、ヒータ温度Tが第一所定温度T₁以上であることとされ、終了条件は、ヒータ温度Tが第一所定温度よりも低い基準温度T₀以下であることとされる。

本実施形態では、制御用の閾値として第一所定温度T₁，第二所定温度T₂，第三所定温度T₃が設定される。閾値の大小関係はT₁≦T₂≦T₃とする。ファン１８は、ヒータ温度Tが第一所定温度T₁以上の場合に駆動される。また、バルブ２２の開度はヒータ温度Tが第二所定温度T₂以上の場合に第二通路３２側を開放するように調整され、熱交換器２１はヒータ温度Tが第三所定温度T₃以上の場合に駆動される。このように、ヒータ温度Tが高いほどヒータ１６の冷却度合いを段階的に強めることで、ヒータ１６の冷却性が向上し、ヒータ１６の電力バッファが確保されやすくなる。なお、第一所定温度T₁，第二所定温度T₂，第三所定温度T₃を同一値とすれば、ヒータ冷却制御が開始された時点でファン１８，熱交換器２１，バルブ２２の全てを作動させるこができ、ヒータ１６が冷却されるまでの時間を短縮することができる。

また、車両１０の走行時には走行風によってバッテリ３が冷却されやすいのに対し、車両１０の停止時には外気による冷却効果が低下する。そこで、車速Vが所定車速V₁未満である場合には、車外ファン２３を作動させてバッテリケースの外表面を冷却する。これにより、バッテリ３の全体が冷却され、ヒータ１６に供給される冷却風の温度が低下しやすくなるため、ヒータ１６の冷却性が向上する。

［３．フローチャート］
図４は、低温時制御の手順を例示するフローチャートである。図４のフローは、各種接続機器の目標となる出力を算出し、制御を実施するフローである。このフローは、例えば車両１０のメイン電源がオンのときに繰り返し実施される。エンジン１１は、始動している状態であるものとする。まず、電動機制御部９Ａでは、目標とするモータ出力（実モータ消費電力）が算出され（ステップＡ１）、降圧器制御部９Ｄでは、各種電装品の要求出力がダウンバータ出力として算出される（ステップＡ２）。

バッテリ温度が所定温度未満であるとき（ステップＡ３）、変圧器制御部９Ｃでは、ダウンバータ出力と同一値の出力がアップ・ダウンバータ出力として算出される（ステップＡ４）。そして、発電機制御部９Ｂでは、モータ出力とアップ・ダウンバータ出力との加算値が発電電力として算出され（ステップＡ５）、その後、モータ１，ジェネレータ２，アップ・ダウンバータ４，ダウンバータ５といった各種接続機器の動作が制御される（ステップＡ６）。一方、バッテリ温度が所定温度以上であれば、通常の制御が実施される（ステップＡ７）。通常の制御の具体的な内容については公知技術を適用することができ、説明を省略する。

図５は、第一の手法を用いてヒータ１６を制御する場合のフローであり、図４のフローと並行して繰り返し実行される。まず、電動機制御部９Ａにおいてモータ１の実モータ消費電力が算出されるとともに（ステップＢ１）、発電機制御部９Ｂにおいてジェネレータ２の実発電電力が算出される（ステップＢ２）。実発電電力が実モータ消費電力以上であるとき（ステップＢ３）、ヒータ制御部９Ｅでは、実発電電力から実モータ消費電力を減じた電力がヒータ１６の発熱電力（ヒータ消費電力）として算出される（ステップＢ４）。そして、この発熱電力がヒータ１６で消費されるように、ＰＷＭコントローラ１７から出力されるパルス信号のパルス幅が制御される（ステップＢ５）。

また、実発電電力が実モータ消費電力未満であるとき、ヒータ１６の発熱電力がゼロ以下となるため、ＰＷＭコントローラ１７は非作動とされる。一方、変圧器制御部９Ｃでは、実モータ消費電力から実発電電力を減じた電力が不足電力として算出される（ステップＢ６）。そして、この不足電力がバッテリ３から出力されるように、ダウンバータ出力から不足電力を減じたものがアップ・ダウンバータ出力として算出され、アップ・ダウンバータ４が制御される（ステップＢ７）。これにより、不足分の電力がバッテリ３から持ち出され、高電圧回路６のモータ１や低電圧回路８の各種補機類の駆動に使用される。

図６は、第二の手法を用いてヒータ１６を制御する場合のフローであり、図４のフローと並行して繰り返し実行される。まず、電動機制御部９Ａにおいてモータ１の実モータ消費電力が算出されるとともに（ステップＣ１）、発電機制御部９Ｂにおいてジェネレータ２の実発電電力が算出される（ステップＣ２）。一方、ヒータ制御部９Ｅではヒータ１６の基準電力が算出される（ステップＣ３）。基準電力の値は、予め設定された固定値であってもよいし、車両１０の走行状態やバッテリ温度に応じて設定される可変値であってもよい。

実発電電力及び基準電力の加算値が実モータ消費電力以上であるとき（ステップＣ４）、ヒータ制御部９Ｅでは、実発電電力及び基準電力の加算値から実モータ消費電力を減じた電力がヒータ１６の発熱電力（ヒータ消費電力）として算出される（ステップＣ５）。そして、この発熱電力がヒータ１６で消費されるように、ＰＷＭコントローラ１７から出力されるパルス信号のパルス幅が制御される（ステップＣ６）。これにより、ヒータ１６で実際に消費される電力は、実発電電力と実モータ消費電力との出力差に応じて変動する。また、仮に実発電電力が不足した場合であってもその分、基準電力が削減されてモータ１の駆動に宛がわれるため、高電圧回路６内の電力収支が均衡する。

実発電電力及び基準電力の加算値が実モータ消費電力未満であるとき、ヒータ１６の発熱電力がゼロ以下となるため、ＰＷＭコントローラ１７は非作動とされる。また、変圧器制御部９Ｃでは、実モータ消費電力から実発電電力と基準電力とを減じた電力が不足電力として算出される（ステップＣ７）。そして、この不足電力がバッテリ３から出力されるように、ダウンバータ出力から不足電力を減じたものがアップ・ダウンバータ出力として算出され、アップ・ダウンバータ４が制御される（ステップＣ８）。これにより、不足分の電力がバッテリ３から持ち出され、高電圧回路６のモータ１や低電圧回路８の各種補機類の駆動に使用される。

図７は、冷却風制御部９Ｆで実施されるヒータ冷却制御の手順を例示するフローチャートであり、低温時制御が実施されている間に、図４〜図６に示すようなフローと並行して実施される。なお、フロー中のフラグFは、ヒータ冷却制御の実施状態を表す。例えば、ヒータ冷却制御の開始条件が成立したときにF=1となり、その後、終了条件が成立したときにF=0となる。

冷却風制御部９Ｆでは、ヒータ温度センサ１９，車速センサ２４で検出されたヒータ温度T，車速Vの情報が取得される（ステップＤ１）。ヒータ冷却制御が開始されていない場合（ステップＤ２）、ヒータ冷却制御の開始条件として、ヒータ温度Tが第一所定温度T₁以上であるか否かが判定される（ステップＤ３）。この条件が成立するとフラグFがF=1に設定され、ファン１８が駆動される（ステップＤ４〜Ｄ９）。なお、ヒータ冷却制御がすでに開始されている場合には、ステップＤ５以降の温度判定が実施される。

すなわち、ヒータ温度Tが第二所定温度T₂以上の場合には（ステップＤ５）バルブ２２において第二通路３２側が開放され（ステップＤ９）、ヒータ温度Tが第三所定温度T₃以上の場合には（ステップＤ６）熱交換器２１が駆動される（ステップＤ８）。さらに、車速Vが所定車速V₁未満であれば、車外ファン２３が駆動される（ステップＤ１０〜Ｄ１１）。これらの冷却操作を通じてヒータ温度Tが低下し、基準温度T₀以下になると（ステップＤ１２）フラグFがF=0に設定されてヒータ冷却制御が終了する（ステップＤ１３〜Ｄ１４）。本フローは、ヒータ冷却制御の終了条件が成立するまでは繰り返し実行される。

［４．作用］
図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、高電圧回路６における電力の過不足は、モータ１で消費される実モータ消費電力とジェネレータ２で生成される実発電電力との大小関係に応じて決定される。例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込んだときに、ジェネレータ２の応答がモータ１よりも遅れると、実発電電力が実モータ消費電力よりも小さくなり、電力が不足する。反対に、運転者がアクセルペダルを踏み戻したときには、実発電電力が実モータ消費電力よりも大きくなり、電力に余剰が生じる。これらの電力の過不足は、ヒータ１６での消費電力を増減させることによって吸収，相殺される。しかし、ヒータ１６で吸収できる電力の大きさは、必ずしも一定ではない。例えば、通電時間が長引くに連れてヒータ温度Tが上昇し、ヒータ１６の最大出力P_MAXが低下する。そのため、通電時間が経過するほど、ヒータ１６によるバッファ効果が弱まり、図８（Ｂ）に示す出力変動の過不足を吸収しにくくなる。

これに対し、本実施形態では、ヒータ温度Tが第一所定温度T₁以上になるとヒータ冷却制御が実施され、図８（Ｃ）に示すように、ヒータ温度Tが基準温度T₀から第一所定温度T₁の間で変動する。図８（Ｃ）中の破線は、ヒータ冷却制御を実施しなかった場合におけるヒータ温度Tの上昇を示す。また、ヒータ１６の最大出力P_MAXはこれに対応して、図８（Ｄ）中に太実線で示すように、所定出力範囲P₀〜P₁で推移する。なお、図８（Ｄ）中の破線は、ヒータ冷却制御を実施しなかった場合における最大出力P_MAXの低下を示す。破線と太実線とで挟まれた部分の垂直距離は、ヒータ冷却制御によって確保された出力の余裕分に相当する。

また、ヒータ制御部９Ｅでは、図８（Ｄ）中に細実線で示すように、最大出力P_MAXに所定の係数を乗じた値が目標出力P_TGTとして算出される。これにより、ヒータ１６の出力を増加させたい場合であっても減少させたい場合であっても、出力調整代が確保される。すなわち、図８（Ｂ）に示す出力変動の過不足を吸収するには、その過不足に相当する出力（実モータ消費電力と発電電力との出力差）と目標出力P_TGTとを合算し、その合算値をヒータ１６の実出力P_HEATとすればよい。ヒータ１６の出力調整代が確保されていれば、実出力P_HEATが最大出力P_MAXを超えることはなく、ゼロを下回ることもない。したがって、図８（Ｅ）に示すように、ヒータ１６による電力のバッファ機能が保全される。

［５．効果］
（１）上記の電子制御装置９では、高電圧回路６の電力を利用してバッテリ３を昇温させるヒータ１６を、高電圧回路６の電力バッファとして機能させることができ、モータ１及びジェネレータ２の負荷変動に伴う高電圧回路６の電圧変動を抑制することができる。
また、ヒータ温度Tに応じてファン１８の作動状態を制御することで、ヒータ１６の抵抗を増大しにくくすることができ、ヒータ出力の低下を防ぐことができる。つまり、電力バッファ機能の低下を防止することができ、高電圧回路６の電圧変動を効果的に抑制することができ、各種接続機器の動作不良の発生を防止することができる。
さらに、低温時制御の実施中であっても、バッテリ３が中電圧回路７から切断された状態にはならないため、中電圧回路７のバッファ効果を確保することができ、アップ・ダウンバータ４やダウンバータ５の保護性を向上させることができる。

（２）上記のヒータ冷却制御では、ヒータ温度Tが第二所定温度T₂以上になると、ファン１８を作動させるだけでなく、バルブ２２の開度を調整して第二通路３２側を開放している。これにより、第一通路３１内で循環していた冷却風を第二通路３２にも流通させて循環させることができ、冷却風の冷却性を向上させることができる。したがって、ヒータ１６の冷却効率を高めることができ、電力バッファ機能の低下をより効率的に防止することができる。

（３）上記のヒータ冷却制御では、ヒータ温度Tが第三所定温度T₃以上になると、熱交換器２１を作動させて冷却風を積極的に冷却している。これにより、冷却風の温度を低下させてヒータ１６の冷却効率を高めることができ、電力バッファ機能の低下をより効率的に防止することができる。なお、熱交換器２１は、電池パック２０を迂回する循環経路である第二通路３２上に介装されているため、電池パック２０の過冷却を抑制しつつヒータ１６の過熱を抑制することができる。
（４）上記のヒータ冷却制御では、車速Vが所定車速V₁未満である場合に、車外ファン２３を作動させてバッテリケースの外表面を冷却している。これにより、バッテリ３の全体を適度に冷却することができ、冷却風の温度がさらに低下しやすくなる。したがって、ヒータ１６の冷却効率を高めることができ、電力バッファ機能の低下をより効率的に防止することができる。

（５）上記のヒータ冷却制御では、図３に示すように、ヒータ出力がジェネレータ２の実発電電力とモータ１の実モータ消費電力との出力差を相殺しうる大きさとなる温度が第一所定温度T₁（すなわち、ヒータ冷却制御の開始条件）として設定される。このように、高電圧回路６の過不足を相殺しうる大きさのヒータ出力に対応する温度を、ヒータ冷却制御を開始するための閾値とすることで、ヒータ１６の電力バッファ機能を向上させることができる。
（６）上記の電子制御装置９では、高電圧回路６の直流電流をＰＷＭコントローラ１７でパルス信号に変調してヒータ１６に供給している。これにより、ヒータ１６での消費電力を自在に変更可能となり、電力バッファを容易に調節することができる。したがって、高電圧回路６の電圧変動を抑制しやすくすることができる。

［６．変形例］
上述の実施形態では、ヒータ１６に供給される電流（電力）をＰＷＭコントローラ１７で制御するものを例示したが、これに代えて（あるいは加えて）ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）方式で出力を制御するＰＡＭコントローラや、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation）方式で出力を制御するＰＰＭコントローラなどを用いることができる。少なくとも、高電圧回路６内の高電圧の電力をヒータ１６の抵抗値に適合するように変調するものであれば、任意のコントローラ，電子回路，半導体装置などを適用することができる。

上記のヒータ冷却制御では、ヒータ温度Tに応じてファン１８の作動状態（作動，非作動）を切り替える制御が実施されているが、このような制御に加えて、ヒータ温度Tに応じてファン１８の回転数を制御することも可能である。この場合、ヒータ温度Tが高温であるほどファン１８の回転数を増加させることで、ヒータ１６の冷却効率を高めることができる。同様に、ヒータ温度Tが高温であるほどバルブ２２の開度を増大させて第二通路３２側の冷却風流量を増大させてもよいし、ヒータ温度Tが高温であるほど熱交換器２１の設定温度（冷却温度）を低下させてもよい。

上記の低温時制御は、単一の電子制御装置９内で制御が実施されることを前提として説明したが、車両１０に搭載される各種制御装置に機能を分散させて制御を実施させてもよい。例えば、エンジン１１を制御するエンジンＥＣＵ，モータ１を制御するモータＥＣＵなどを備えた車両１０の場合、各ＥＣＵに発電機制御部９Ｂ，電動機制御部９Ａを分散して配置してもよい。また、バッテリ温度を取得するための具体的な構成に関しても同様であり、バッテリ３の状態を管理するバッテリＥＣＵで演算されたバッテリ温度を用いて低温時制御の開始条件を判断してもよい。

１ モータ（電動機）
２ ジェネレータ（発電機）
３ バッテリ
４ アップ・ダウンバータ（変圧器）
６ 高電圧回路
９ 電子制御装置
９Ａ 電動機制御部
９Ｂ 発電機制御部
９Ｃ 変圧器制御部
９Ｄ 降圧器制御部
９Ｅ ヒータ制御部
９Ｆ 冷却風制御部
１０ 車両
１１ エンジン
１５ バッテリ温度センサ
１６ ヒータ
１７ ＰＷＭコントローラ（変調器）
１８ ファン
１９ ヒータ温度センサ
２０ 電池パック
２１ 熱交換器
２２ バルブ
２３ 車外ファン
２４ 車速センサ
３１ 第一通路
３２ 第二通路

Claims (6)

1. 車両駆動用の電動機とエンジンに駆動される発電機とを高電圧回路に配し、車両駆動用のバッテリを前記高電圧回路よりも低い電位の中電圧回路に配するとともに、前記高電圧回路と前記中電圧回路との間に変圧器を介装した車両の制御装置において、
   温度が上昇するほど抵抗が増大する特性を有し、前記バッテリに内蔵され、前記高電圧回路の電力で作動し前記バッテリを昇温させるＰＴＣヒータと、
   前記バッテリに内蔵され、前記ＰＴＣヒータに冷却風を供給するファンと、
   前記ＰＴＣヒータの温度が第一所定温度以上である場合に、前記ファンを作動させる冷却風制御部と、
   を備えたことを特徴とする、車両の制御装置。
2. 前記冷却風を前記バッテリに内蔵された電池パックと前記ＰＴＣヒータとの間で循環させる第一通路と、
   前記第一通路から分岐形成され、前記電池パックを迂回して前記冷却風を循環させる第二通路と、
   前記第一通路と前記第二通路との分岐箇所に介装され、前記第一通路及び前記第二通路を開閉するバルブと、を備え、
   前記冷却風制御部は、前記ＰＴＣヒータの温度が第二所定温度以上である場合に、前記バルブの開度を調整して前記第二通路を循環する前記冷却風の流量を増大させる
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両の制御装置。
3. 前記第二通路上に介装され、前記冷却風を冷却する熱交換器を備え、
   前記冷却風制御部は、前記ＰＴＣヒータの温度が第三所定温度以上である場合に、前記熱交換器を作動させる
   ことを特徴とする、請求項２記載の車両の制御装置。
4. 前記バッテリのケース外表面に冷却風を供給する車外ファンを備え、
   前記冷却風制御部は、前記車両の車速が所定車速未満である場合に、前記車外ファンを作動させる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の制御装置。
5. 前記第一所定温度は、前記ＰＴＣヒータの出力が前記高電圧回路における前記電動機及び前記発電機の出力差を相殺しうる大きさとなる温度である
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の車両の制御装置。
6. 前記ＰＴＣヒータと前記高電圧回路とを接続する回路上に介装され、前記高電圧回路の直流電流をパルス信号に変調して前記ＰＴＣヒータへと出力する変調器を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の制御装置。

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